2020 Fiscal Year Annual Research Report
Mechanisms underlying maintenance of genome integrity by DNA methylation
| Project Area | Mechanisms underlying replication of non-genomic codes that mediate plasticity and robustness for cellular inheritance |
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| Project/Area Number |
19H05740
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
中西 真 東京大学, 医科学研究所, 教授 (40217774)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
藤 泰子 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 助教 (10623978)
鵜木 元香 九州大学, 生体防御医学研究所, 准教授 (30525374)
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| Project Period (FY) |
2019-06-28 – 2024-03-31
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| Keywords | DNAメチル化 / ゲノム安定性 / DNA損傷 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
中西は、DNA複製過程における岡崎フラグメント連結がアフリカツメガエル卵細胞抽出液において再構成可能であることを見出した。この系を用いて、解析したところLIGは岡崎フラグメントの連結に重要な役割を果たしているが、必須の因子ではないことがわかった。LIG1欠損下においては、LIG3/XRCC1複合体が岡崎フラグメント連結不備により生じるDNA一本鎖切断を認識して相補的に岡崎フラグメント連結を触媒することがわかった。またこの際、PARPによるヒストンH3分子のPAR化分子マーカーとして機能することがわかった。本研究成果はNucleic Acid Research誌に掲載予定となっている。藤は、DNAメチル化の消失がDNA複製阻害時DNA傷害感受性に影響するシロイヌナズナゲノム領域の同定を行った。また、これまで遺伝子内DNAメチル化の確立過程については謎であったが、藤らは遺伝子内DNAメチル化の確立過程を知る手がかりとしてトランスポゾン遺伝子をモデルケースとしたDNAメチル化変異体交配系の解析を行い、論文をNature Plants誌に発表した。鵜木は、ICF症候群では、CDCA7及びHELLSの変異により、DNMT1/UHRF1維持DNAメチル化複合体が新規合成DNA鎖上に集積できなくなる事で、ペリセントロメア反復配列の低メチル化が起こり、これが異常な転写とRループ形成を引き起こす事でDNA損傷が惹起され、染色体が不安定化する事を見出した。本研究成果はScientific Reports誌に掲載された。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
中西は、岡崎フラグメント連結についてアフリカツメガエル卵細胞抽出液を用いた試験管内での再構成を成功させることができ、この分子基盤の解明が可能となったことから研究計画が予定通りに進んでいると判断している。またStellaによるDNAメチル化複製制御については、本領域の海外協力者であるLeonhardt博士との共同研究を行い、StellaがUHRF1と強く特異的に結合し、UHRF1のヘミメチル化DNAとの結合や、UHRF1によるPAF15、ヒストンH3の認識を強く阻害し、DNAメチル化複製を阻害することが分かった。これらの研究成果はNature Communications誌に掲載された。藤は、新しいDNAメチル化解析手法の導入により簡便に全ゲノムメチル化解析が可能になり、令和元年度の遅延を補うだけでなくコロナ禍の中においても研究が進んだ。論文発表も行うことができ、順調に研究は進んでいると考える。鵜木はCDCA7/HELLS複合体が、DNMT1/UHRF1複合体の新規合成DNA鎖上への集積を促進する事で、維持DNAメチル化に重要な役割を果たしている事を示す事ができ、非常に順調に研究が進んでいると考える。
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| Strategy for Future Research Activity |
中西は、アフリカツメガエル卵細胞抽出液を用いた岡崎フラグメント連結制御を再構成するできたことを受けて、UHRF1分子の岡崎フラグメント連結における役割を解析する予定である。とりわけ、LIG3/XRCC1非存在下においてのLIG1の集積やフラグメント連結活性について詳細に解析を加える。また哺乳動物細胞を用いてUHRF1非存在下におけるゲノム安定性について岡崎フラグメント連結不全の面から明らかにしていく予定である。藤は、遺伝子内DNAメチル化の確立過程についての解析を、トランスポゾン遺伝子内のDNAメチル化確立過程をモデルケースに進めるとともに、DNAメチル化の消失がDNA複製阻害時DNA傷害感受性に与える影響の分子生物学的な解析やDNA傷害応答変異体との多重変異体の解析を進める。鵜木はICF症候群の原因遺伝子の変異は、細胞種や動物種によって及ぼす影響が異なり、CDCA7やHELLSの機能を代償する機構の存在が示唆されているため、この代償機構の候補であるそれぞれのタンパク質のパラログ（CDCA7LとSMARCA5）の機能解析を通して、ICF症候群患者で認められる様々な症状の理解を深める。
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